模型用サーボ装置
【課題】減速機構に遊星歯車を用いて小型で高トルクを得る。
【解決手段】筐体２内に、受信機からの信号によって回転駆動させるモータ４と、大小の平歯車が同軸上に一体化された平歯車ユニット８，１０，１２を組み合わせることでモータ４の回転を減速伝達する減速機構６と、モータ４の駆動軸５と一致しない位置で駆動軸５に対して平行に設けられ、減速機構６から減速伝達されたモータ４の回転をサーボホーン２０に伝達する出力軸７と、出力軸７の回転角度を検出するポテンショメータ２７とを備え、ポテンショメータ２７により検出された出力軸７の回転角度に基づいてフィードバック制御を行う模型用サーボ装置１において、減速機構６の最後段に、太陽ギア１７と、太陽ギア１７の周りを自転しながら周回する遊星ギア１８とを備えた遊星歯車ユニット１４を出力軸７の同軸上に配置する。
【解決手段】筐体２内に、受信機からの信号によって回転駆動させるモータ４と、大小の平歯車が同軸上に一体化された平歯車ユニット８，１０，１２を組み合わせることでモータ４の回転を減速伝達する減速機構６と、モータ４の駆動軸５と一致しない位置で駆動軸５に対して平行に設けられ、減速機構６から減速伝達されたモータ４の回転をサーボホーン２０に伝達する出力軸７と、出力軸７の回転角度を検出するポテンショメータ２７とを備え、ポテンショメータ２７により検出された出力軸７の回転角度に基づいてフィードバック制御を行う模型用サーボ装置１において、減速機構６の最後段に、太陽ギア１７と、太陽ギア１７の周りを自転しながら周回する遊星ギア１８とを備えた遊星歯車ユニット１４を出力軸７の同軸上に配置する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ラジオコントロール装置（以下、ラジコンと略称する）において、飛行機、ヘリコプター、自動車、船舶などの模型（被操縦体）に搭載され、ポテンショメータにて検出された出力軸の回転角度に基づいてフィードバック制御を行いながら被操縦体の様々な可動部位を動作させる模型用サーボ装置に係り、その装置内に設けられている減速機構に遊星歯車を用いた模型用サーボ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、ラジコンの飛行機（模型）は、エルロンなどの舵の動作や、離着陸時の車輪の出し入れの動作などをサーボ装置により制御している。このようなサーボ装置は、筐体内に設けられたモータの回転を減速機構によって減速させて出力軸に伝達し、出力軸の一端部に連結されたエルロンなどの可動部位を目標位置に移動させるものである。また、出力軸は、この出力軸の回転角度を検出するポテンショメータに連結されている。このサーボ装置は、ポテンショメータによって検出された出力軸の回転角度（可動部位の位置情報）に基づいてフィードバック制御を行うことで可動部位の現在位置が目標位置になるようにモータの回転を制御している。なお、出力軸は、その一端部に、可動部位にリンケージロッドなどを介して連結されるサーボホーンが連結され、他端部には、ポテンショメータに連結させるための回転軸が連結されている。
【０００３】
通常、ポテンショメータは、サーボ装置の筐体内の下部に配置されている。このように配置されることでポテンショメータの出力端子面、モータの端子面、制御回路基板面が同一面上に並ぶことになり、配線スペースなどを削減している。
【０００４】
また、サーボ装置における一般的な減速機構は、異なる歯数の大小の平歯車が同軸上に一体化されてなる平歯車ユニットを複数段に組み合わせたものである。例えば、減速機構が三段の平歯車ユニットからなる場合は、一段目の平歯車ユニットの大平歯車がモータの駆動軸のピニオンギアと噛合し、小平歯車を介して二段目の平歯車ユニットに伝達されることでモータの回転を一段減速させる。次に、二段目の平歯車ユニットの大平歯車が一段目の平歯車ユニットの小平歯車と噛合して、小平歯車を介して三段目の平歯車ユニットに伝達されることでモータの回転を更に一段減速させる。次に、三段目の平歯車ユニットの大平歯車が二段目の平歯車ユニットの小平歯車と噛合し、小平歯車を介して出力軸に伝達されることで、二段目の平歯車ユニットのときよりもモータの回転を更に一段減速させる。これでモータの回転は三段減速されたことになり、最終的にモータの回転が伝達される出力軸には所望のトルクが得られるようになる。
【０００５】
ところで、近年は小型で高トルクが得られるサーボ装置の需要が高まっている。ホビー業界においても、ラジコンの飛行機（模型）などは、エルロンの動作制御のために主翼の中にサーボ装置が組み込まれるため、高さ方向のサイズが小さいものが要求されている。さらに、離着陸時の車輪の出し入れのための動作などには、リアリティを出すために遅い動作が求められており、そのため、高トルクのサーボ装置による動作制御が望まれている。なお、上述したサーボ装置において高トルクを得るためには、減速機構における平歯車ユニットの数を単純に増やせばよいわけだが、平歯車ユニットはモータの駆動軸に対して直交方向に組み合わされるため、平歯車ユニットの数が増えるとサーボ装置の幅方向のサイズが大型化してしまう。
【０００６】
また、下記特許文献１には小型でありながら大きな減速比が得られるサーボ装置が開示されている。図４に示すように、サーボ装置１００は、筐体１０１内にモータ１０２と、モータ１０２の回転を減速させる歯車装置１０３と、歯車装置１０３によって減速された回転をサーボホーン１０４に伝達する出力軸１０５とを備えている。歯車装置１０３は、内歯車と平歯車の組み合わせで構成されている。一段目の歯車１０６は、モータ１０２のピニオンギア１０２ａと噛合する大径の内歯車１０６ａと小径の平歯車１０６ｂを一体に結合させた歯車である。また、二段目から四段目の歯車１０７，１０８，１０９は、大小の平歯車を一体に結合させた複平歯車である。この歯車装置１０３では、一段目と三段目の歯車１０６，１０８と二段目と四段目の歯車１０７，１０９がそれぞれ共通の取付軸１１０，１１１を有するため、装置１００が幅方向に大きくならず、さらに、各歯車１０６〜１０９の径を大きくすることができるので大きな減速比が得られるようになる。これにより、小型、且つ高トルクの実現が可能となる。
【特許文献１】実開昭６０−２５９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１に開示されるサーボ装置１００（図４参照）は、幅方向のサイズは抑えることができるが、一つの取付軸１１０（１１１）に二つの歯車１０６，１０８（１０７，１０９）が重ねて取り付けられるため、高さ方向のサイズが大型化してしまうという問題がある。また、図４のようなサーボ装置１００において、更に大きな減速比を得るためには、減速機構の最終段に配置された歯車１０９と噛合するように歯車を追加しなければならない。そのため、図４の場合では、追加する歯車を歯車１０９と出力軸の間に配置させることになり、結果、幅方向のサイズが大きくなる。つまり、従来のような平歯車の組み合わせによる減速機構では、利用目的によりサイズ限定された筐体内において所望の減速比を得ることは難しい。
【０００８】
そこで本発明は、上記状況に鑑みてなされたもので、減速機構に遊星歯車を用いることによりモータの回転を大幅に減速させ、小型で高トルクが得られる模型用サーボ装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
次に、上記の課題を解決するための手段を、実施の形態に対応する図面を参照して説明する。
本発明の請求項１記載の模型用サーボ装置は、筐体２内に、受信機からの信号によって回転駆動されるモータ４と、前記モータ４の回転を減速させて伝達する減速機構６と、前記モータ４の駆動軸５と一致しない位置で該駆動軸５に対して平行に設けられ、前記減速機構６から減速伝達された前記モータ４の回転を伝達する出力軸７と、前記出力軸７の回転角度を検出するポテンショメータ２７とを備え、前記ポテンショメータ２７によって検出された前記出力軸７の回転角度に基づいてフィードバック制御を行う模型用サーボ装置１において、
前記減速機構６の最後段には、太陽ギア１７と、前記太陽ギア１７を中心にその周りを自転しながら周回する遊星ギア１８とを備えた遊星歯車ユニット１４が前記出力軸７の同軸上に配置されていることを特徴としている。
【００１０】
請求項２記載の模型用サーボ装置は、前記減速機構６は、大小の平歯車が同軸上に一体化されてなる平歯車ユニット８，１０，１２が前記モータ４の駆動軸５に対して直交方向に組み合わされた構成を備えていることを特徴としている。
【００１１】
請求項３記載の模型用サーボ装置は、前記減速機構６において、前記遊星歯車ユニット１４の直前に配置される前記平歯車ユニット１２は、その前記大小の平歯車１２ａ，１２ｂの間に軸部１２ｃが設けられて前記小平歯車１２ｂを前記筐体２の高さの半分以下のところに位置させており、
前記遊星歯車ユニット１４は、前記太陽ギア１７が前記直前の平歯車ユニット１２の前記大小の平歯車１２ａ，１２ｂの間に位置するように配置されていることを特徴としている。
【００１２】
請求項４記載の模型用サーボ装置は、前記遊星歯車ユニット１４の中央部が中空形成されており、前記ポテンショメータ２７に連結される回転軸２５が前記遊星歯車ユニット１４の前記中空部分を貫通して前記出力軸７と同軸上に連結されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明による請求項１記載の模型用サーボ装置によれば、遊星歯車ユニットがモータの回転を大幅に減速させることにより高トルクが得られるようになる。また、遊星歯車ユニットを用いれば、遊星歯車ユニット単体でも大幅な減速が可能であるため、減速機構の他の減速部材の数を必要最小限に減らしてもトルクがそれほど落ちることはない。したがって、装置の小型化が可能となる。さらに、遊星歯車ユニットは、サーボホーンに負荷がかかっても遊星ギアで負荷を分散させるため、遊星ギアの破損を抑えることができ、長寿命化が可能となる。
【００１４】
請求項２記載の模型用サーボ装置によれば、モータの回転が遊星歯車ユニットに伝達されるまでに平歯車ユニットの組み合わせによって減速させることにより効率的に高トルクが得られるようになる。
【００１５】
請求項３記載の模型用サーボ装置によれば、遊星歯車ユニットの直前に配置される平歯車ユニットが、大小の平歯車の間の軸部によって小平歯車を筐体内における半分以下の高さのところに位置させているため、モータの回転を低い位置で遊星歯車ユニットに伝達することが可能となる。これにより、筐体内に遊星歯車ユニットを配置することができるようになり、従来はモータと出力軸が同軸上に並んだものにしか適用できなかった遊星歯車をモータと出力軸が並列した構成にも適用できるようになる。
【００１６】
請求項４記載の模型用サーボ装置によれば、出力軸と回転軸は遊星歯車ユニットの回転動作による影響を受けないため、出力軸の回転角度を正確にポテンショメータで検出することが可能となる。また、出力軸の下端部にポテンショメータの出力端子面が配設可能であるため、この出力端子面と、モータ端子面と、制御回路基板面とを同一面とすることができる。これにより、組み立て作業性の向上や、配線スペースの削減が可能となり、装置の高さ方向のサイズを更に小さくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して具体的に説明する。
図１は本発明による模型用サーボ装置の実施の形態を示す平面図、図２は図１におけるＡ−Ａ断面図、図３は遊星歯車ユニットを示す平面図である。
【００１８】
この実施の形態のサーボ装置は、ラジコンの飛行機、ヘリコプター、自動車、船舶などの模型（被操縦体）に搭載され、被操縦体の様々な可動部位の動作に用いられるものであり、特に飛行機（模型）における離着陸時に車輪を出し入れするための引込み脚機構などのように高トルクが要求される部位に好適に用いられる。
【００１９】
図１，２に示すように、この実施の形態（サーボ装置１）は、筐体２が、箱型の下部筐体２ａと、下部筐体２ａの上面に取り付けられる蓋状の上部筐体２ｂとからなる。また、上部筐体２ｂには、サーボ装置１を被操縦体の所定位置に取り付けるためのフランジ３が設けられている。さらに、下部筐体２ａの側面には受信機に接続されるリード線３０が導出されている。
【００２０】
下部筐体２ａ内には、モータ４がその駆動軸５を垂直上向きにして設けられている。さらに、駆動軸５の上端部にはピニオンギア５ａが設けられている。図２に示すように、このピニオンギア５ａは、下部筐体２ａの上面から上方に突出している。モータ４（駆動軸５）の回転は、減速機構６によって減速され、下部筐体２ａ内に設けられて上部筐体２ｂの上方に突出した出力軸７に伝達される。なお、図示しないがモータ４の下端面には端子が設けられており、受信機から送信された信号を受信するために後述する制御回路基板と配線を介して接続されている。
【００２１】
図１，２に示すように、減速機構６は、異なる歯数の大小二つの平歯車が同軸上に一体化されてなる平歯車ユニットが三段に組み合わされたものと、後述する遊星歯車ユニットとからなる。三段の平歯車ユニットのうち、一段目の平歯車ユニット８は、軸９に取り付けられ、大平歯車８ａがモータのピニオンギア５ａと噛合して配置されている。また、二段目の平歯車ユニット１０は、軸１１に取り付けられ、大平歯車１０ａが一段目の平歯車ユニット８の小平歯車８ｂと噛合して配置されている。
【００２２】
さらに、三段目の平歯車ユニット１２は、大平歯車１２ａと小平歯車１２ｂの間に垂直な軸部１２ｃが設けられ、小平歯車１２ｂを筐体２の高さの半分以下のところに位置させている。また、この平歯車ユニット１２は、軸１３に取り付けられ、大平歯車１２ａが二段目の平歯車ユニット１０の小平歯車１０ｂと噛合して配置されている。
【００２３】
図２，３に示すように、前述した遊星歯車ユニット１４は、下部筐体２ａ内において出力軸７の同軸上に配置されている。遊星歯車ユニット１４は、大平歯車１５と、セレーションケース１６と、太陽ギアと、遊星ギアとから構成されている。大平歯車１５は、筐体２（下部筐体２ａ）内の半分以下の位置において三段目の平歯車ユニット１２の小平歯車１２ｂと噛合している。さらに、大平歯車１５の上面には有底の略円筒形状のセレーションケース１６が配設されている。セレーションケース１６の内周面１６ａは内歯車状に形成されている。また、大平歯車１５には、大平歯車１５より小径で歯数の少ない太陽ギア１７が同軸上に一体化されている。太陽ギア１７は、セレーションケース１６の底面を貫通してセレーションケース１６内の中央に配置されている。セレーションケース１６内における太陽ギア１７の外周には、三つの遊星ギア１８が１２０°の間隔をあけて配置されている。大平歯車１５が回転すると、三つの遊星ギア１８は、この間隔を維持したままセレーションケース１６の内周面１６ａと噛合しながら太陽ギア１７の周りを自転しながら周回するようになる。
【００２４】
また、遊星歯車ユニット１４（大平歯車１５と太陽ギア１７）の中央部は中空形成されており、後述する回転軸２５が中空部分を軸方向に貫通している。なお、遊星歯車ユニット１４の軸周りにはベアリング１９が設けられている。
【００２５】
図２に示すように、出力軸７の上端には略円盤形状のサーボホーン２０がボルト２１によって取り付けられている。サーボホーン２０には図示しないリンケージロッドが連結され、このリンケージロッドは被操縦体の可動部位に連結される。なお、サーボホーン２０の形状は円盤形状以外にも十字形状や矩形状など様々あり、動作させる可動部位の態様に応じて交換することができる。
【００２６】
さらに、出力軸７の下端面には、遊星歯車ユニット１４の三つの遊星ギア１８が取り付けられる三本の軸２２が垂直下向きに突設されている。各軸２２は、遊星ギア１８と同様に１２０°の間隔をあけて設けられている。これにより、太陽ギア１７の周りを遊星ギア１８が周回することで出力軸７が回転するようになる。なお、出力軸７の外周にはベアリング２４が設けられている。
【００２７】
下部筐体２ａ内における下部には、出力軸７の回転角度を検出するためのポテンショメータ２７が設けられている。ポテンショメータ２７は、その下方にある前述した制御回路基板２８上に設けられている。ポテンショメータ２７には前述した回転軸２５が連結される。また、回転軸２５の下端部は、丸棒の一部が切り欠かれた断面略Ｄ形状となっており、ポテンショメータ２７の上面には回転軸２５の下端部と合致する凹部が設けられている。これに対し、出力軸７の下端面には回転軸２５の上端部に設けられた凸部２６と合致する凹部２３が設けられている。回転軸２５の上端部の凸部２６は出力軸７の凹部２３に隙間なく圧入され、回転軸２５と出力軸７は同軸上に連結される。
【００２８】
この実施の形態では、図示しない送信機から被操縦体に信号が送信されると、被操縦体側の受信機はこの信号を受信し、モータ４に送信する。この信号によって回転駆動されたモータ４は、減速機構６を介して出力軸７を回転させ、可動部位を動作させる。出力軸７の回転角度はポテンショメータ２７によって検出され、ポテンショメータ２７の出力値が所定の値になったところでモータ４の回転駆動が停止される。
【００２９】
また、この実施の形態において、モータ４の回転が出力軸７に伝達されるまでの減速機構６の動作を以下に説明する。
【００３０】
まず、モータ４の駆動軸５が回転すると、ピニオンギア５ａと噛合している一段目の平歯車ユニット８が同時に回転する。一段目の平歯車ユニット８が回転すると、その小平歯車８ｂと噛合している二段目の平歯車ユニット１０が同時に回転する。このとき、モータ４の回転は一段減速される。二段目の平歯車ユニット１０が回転すると、その小平歯車１０ｂと噛合している三段目の平歯車ユニット１２が同時に回転する。このとき、モータ４の回転は更に一段減速される。三段目の平歯車ユニット１２が回転すると、その小平歯車１２ｂと噛合している遊星歯車ユニット１４の大平歯車１５が同時に回転する。このとき、モータ４の回転は二段目の平歯車ユニット１０のときよりも更に一段減速される。
【００３１】
遊星歯車ユニット１４は、大平歯車１５が回転すると、同軸上に一体化されている太陽ギア１７も同じく回転する。この回転に伴い太陽ギア１７の外周に太陽ギア１７とセレーションケース１６の内面に噛合している三つの遊星ギア１８が自転しながら太陽ギア１７の周りを周回する。三つの遊星ギア１８の周回によって各遊星ギア１８に連結されている出力軸７が回転する。このとき、モータ４の回転は遊星歯車ユニット１４によって大幅に減速されるようになる。
【００３２】
以上のように、この実施の形態では、一段目から三段目までの平歯車ユニット８，１０，１２によってモータ４の回転を三段減速させ、減速伝達されたモータ４の回転を遊星歯車ユニット１４によって更に大幅に減速させることができる。
【００３３】
上述した実施の形態によれば、遊星歯車ユニット１４がモータ４の回転を大幅に減速させることにより高トルクが得られるようになる。また、遊星歯車ユニット１４を用いれば、遊星歯車ユニット１４単体でも大幅な減速が可能であるため、減速機構６の平歯車ユニットの数を必要最小限に減らしてもトルクがそれほど落ちることはない。したがって、サーボ装置１の小型化が可能となる。さらに、遊星歯車ユニット１４は、サーボホーン２０に負荷がかかっても三つの遊星ギア１８に負荷を分散させるため、ギア１８の破損を抑えることができ、長寿命化が可能となる。
【００３４】
また、モータ４の回転が遊星歯車ユニット１４に伝達されるまでに三段の平歯車ユニット８，１０，１２によって減速させることにより効率的に高トルクが得られるようになる。
【００３５】
さらに、遊星歯車ユニット１４の直前に配置される三段目の平歯車ユニット１２が、大平歯車１２ａと小平歯車１２ｂの間の軸部１２ｃによって小平歯車１２ｂを下部筐体２ａ内における半分以下の高さのところに位置させているため、モータ４の回転を低い位置で遊星歯車ユニット１４に伝達することが可能となる。これにより、筐体２内に遊星歯車ユニット１４を配置することができるようになり、従来はモータ４と出力軸７が同軸上に並んだものにしか適用できなかった遊星歯車をモータ４と出力軸７が並列した構成にも適用可能となる。
【００３６】
また、出力軸７と回転軸２５は遊星歯車ユニット１４の回転動作による影響を受けないため、出力軸７の回転角度を正確にポテンショメータで検出することが可能となる。さらに、回転軸２５の下端部にポテンショメータの出力端子面が配設可能であるため、この出力端子面と、モータ端子面と、制御回路基板面とを同一面とすることができる。これにより、組み立て作業性の向上や、配線スペースの削減が可能となり、サーボ装置１の高さ方向のサイズを更に小さくすることができる。
【００３７】
なお、上述した実施の形態では、減速機構６において、遊星歯車ユニット１４までに平歯車ユニットを三段に組み合わせた構成としているが、これに限定せず、二段に組み合わせたり、四段に組み合わせたりしてもよい。
【００３８】
また、上述した実施の形態では、減速機構６の最後段に一つの遊星歯車ユニット１４を設けた構成としているが、遊星歯車ユニットを同軸上に複数段に設けた構成としてもよい。この場合、例えば、遊星歯車ユニット１４の直前に配置される平歯車ユニット１２の軸部１２ｃを伸ばすことで小平歯車１２ｂの位置を更に下げ、その軸部１２ｃの伸びた部分に遊星歯車ユニットを追加することにより複数段設けることが可能となる。このような構成によれば、上述した実施の形態よりも減速比が増して更に高いトルクが得られるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明による模型用サーボ装置の実施の形態を示す平面図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ断面図である。
【図３】遊星歯車ユニットを示す平面図である。
【図４】従来のサーボ装置を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４０】
１…サーボ装置
２…筐体
４…モータ
５…駆動軸
６…減速機構
７…出力軸
８，１０，１２…平歯車ユニット
１２ａ…大平歯車
１２ｂ…小平歯車
１２ｃ…軸部
１４…遊星歯車ユニット
１７…太陽ギア
１８…遊星ギア
２５…回転軸
２７…ポテンショメータ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ラジオコントロール装置（以下、ラジコンと略称する）において、飛行機、ヘリコプター、自動車、船舶などの模型（被操縦体）に搭載され、ポテンショメータにて検出された出力軸の回転角度に基づいてフィードバック制御を行いながら被操縦体の様々な可動部位を動作させる模型用サーボ装置に係り、その装置内に設けられている減速機構に遊星歯車を用いた模型用サーボ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、ラジコンの飛行機（模型）は、エルロンなどの舵の動作や、離着陸時の車輪の出し入れの動作などをサーボ装置により制御している。このようなサーボ装置は、筐体内に設けられたモータの回転を減速機構によって減速させて出力軸に伝達し、出力軸の一端部に連結されたエルロンなどの可動部位を目標位置に移動させるものである。また、出力軸は、この出力軸の回転角度を検出するポテンショメータに連結されている。このサーボ装置は、ポテンショメータによって検出された出力軸の回転角度（可動部位の位置情報）に基づいてフィードバック制御を行うことで可動部位の現在位置が目標位置になるようにモータの回転を制御している。なお、出力軸は、その一端部に、可動部位にリンケージロッドなどを介して連結されるサーボホーンが連結され、他端部には、ポテンショメータに連結させるための回転軸が連結されている。
【０００３】
通常、ポテンショメータは、サーボ装置の筐体内の下部に配置されている。このように配置されることでポテンショメータの出力端子面、モータの端子面、制御回路基板面が同一面上に並ぶことになり、配線スペースなどを削減している。
【０００４】
また、サーボ装置における一般的な減速機構は、異なる歯数の大小の平歯車が同軸上に一体化されてなる平歯車ユニットを複数段に組み合わせたものである。例えば、減速機構が三段の平歯車ユニットからなる場合は、一段目の平歯車ユニットの大平歯車がモータの駆動軸のピニオンギアと噛合し、小平歯車を介して二段目の平歯車ユニットに伝達されることでモータの回転を一段減速させる。次に、二段目の平歯車ユニットの大平歯車が一段目の平歯車ユニットの小平歯車と噛合して、小平歯車を介して三段目の平歯車ユニットに伝達されることでモータの回転を更に一段減速させる。次に、三段目の平歯車ユニットの大平歯車が二段目の平歯車ユニットの小平歯車と噛合し、小平歯車を介して出力軸に伝達されることで、二段目の平歯車ユニットのときよりもモータの回転を更に一段減速させる。これでモータの回転は三段減速されたことになり、最終的にモータの回転が伝達される出力軸には所望のトルクが得られるようになる。
【０００５】
ところで、近年は小型で高トルクが得られるサーボ装置の需要が高まっている。ホビー業界においても、ラジコンの飛行機（模型）などは、エルロンの動作制御のために主翼の中にサーボ装置が組み込まれるため、高さ方向のサイズが小さいものが要求されている。さらに、離着陸時の車輪の出し入れのための動作などには、リアリティを出すために遅い動作が求められており、そのため、高トルクのサーボ装置による動作制御が望まれている。なお、上述したサーボ装置において高トルクを得るためには、減速機構における平歯車ユニットの数を単純に増やせばよいわけだが、平歯車ユニットはモータの駆動軸に対して直交方向に組み合わされるため、平歯車ユニットの数が増えるとサーボ装置の幅方向のサイズが大型化してしまう。
【０００６】
また、下記特許文献１には小型でありながら大きな減速比が得られるサーボ装置が開示されている。図４に示すように、サーボ装置１００は、筐体１０１内にモータ１０２と、モータ１０２の回転を減速させる歯車装置１０３と、歯車装置１０３によって減速された回転をサーボホーン１０４に伝達する出力軸１０５とを備えている。歯車装置１０３は、内歯車と平歯車の組み合わせで構成されている。一段目の歯車１０６は、モータ１０２のピニオンギア１０２ａと噛合する大径の内歯車１０６ａと小径の平歯車１０６ｂを一体に結合させた歯車である。また、二段目から四段目の歯車１０７，１０８，１０９は、大小の平歯車を一体に結合させた複平歯車である。この歯車装置１０３では、一段目と三段目の歯車１０６，１０８と二段目と四段目の歯車１０７，１０９がそれぞれ共通の取付軸１１０，１１１を有するため、装置１００が幅方向に大きくならず、さらに、各歯車１０６〜１０９の径を大きくすることができるので大きな減速比が得られるようになる。これにより、小型、且つ高トルクの実現が可能となる。
【特許文献１】実開昭６０−２５９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１に開示されるサーボ装置１００（図４参照）は、幅方向のサイズは抑えることができるが、一つの取付軸１１０（１１１）に二つの歯車１０６，１０８（１０７，１０９）が重ねて取り付けられるため、高さ方向のサイズが大型化してしまうという問題がある。また、図４のようなサーボ装置１００において、更に大きな減速比を得るためには、減速機構の最終段に配置された歯車１０９と噛合するように歯車を追加しなければならない。そのため、図４の場合では、追加する歯車を歯車１０９と出力軸の間に配置させることになり、結果、幅方向のサイズが大きくなる。つまり、従来のような平歯車の組み合わせによる減速機構では、利用目的によりサイズ限定された筐体内において所望の減速比を得ることは難しい。
【０００８】
そこで本発明は、上記状況に鑑みてなされたもので、減速機構に遊星歯車を用いることによりモータの回転を大幅に減速させ、小型で高トルクが得られる模型用サーボ装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
次に、上記の課題を解決するための手段を、実施の形態に対応する図面を参照して説明する。
本発明の請求項１記載の模型用サーボ装置は、筐体２内に、受信機からの信号によって回転駆動されるモータ４と、前記モータ４の回転を減速させて伝達する減速機構６と、前記モータ４の駆動軸５と一致しない位置で該駆動軸５に対して平行に設けられ、前記減速機構６から減速伝達された前記モータ４の回転を伝達する出力軸７と、前記出力軸７の回転角度を検出するポテンショメータ２７とを備え、前記ポテンショメータ２７によって検出された前記出力軸７の回転角度に基づいてフィードバック制御を行う模型用サーボ装置１において、
前記減速機構６の最後段には、太陽ギア１７と、前記太陽ギア１７を中心にその周りを自転しながら周回する遊星ギア１８とを備えた遊星歯車ユニット１４が前記出力軸７の同軸上に配置されていることを特徴としている。
【００１０】
請求項２記載の模型用サーボ装置は、前記減速機構６は、大小の平歯車が同軸上に一体化されてなる平歯車ユニット８，１０，１２が前記モータ４の駆動軸５に対して直交方向に組み合わされた構成を備えていることを特徴としている。
【００１１】
請求項３記載の模型用サーボ装置は、前記減速機構６において、前記遊星歯車ユニット１４の直前に配置される前記平歯車ユニット１２は、その前記大小の平歯車１２ａ，１２ｂの間に軸部１２ｃが設けられて前記小平歯車１２ｂを前記筐体２の高さの半分以下のところに位置させており、
前記遊星歯車ユニット１４は、前記太陽ギア１７が前記直前の平歯車ユニット１２の前記大小の平歯車１２ａ，１２ｂの間に位置するように配置されていることを特徴としている。
【００１２】
請求項４記載の模型用サーボ装置は、前記遊星歯車ユニット１４の中央部が中空形成されており、前記ポテンショメータ２７に連結される回転軸２５が前記遊星歯車ユニット１４の前記中空部分を貫通して前記出力軸７と同軸上に連結されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明による請求項１記載の模型用サーボ装置によれば、遊星歯車ユニットがモータの回転を大幅に減速させることにより高トルクが得られるようになる。また、遊星歯車ユニットを用いれば、遊星歯車ユニット単体でも大幅な減速が可能であるため、減速機構の他の減速部材の数を必要最小限に減らしてもトルクがそれほど落ちることはない。したがって、装置の小型化が可能となる。さらに、遊星歯車ユニットは、サーボホーンに負荷がかかっても遊星ギアで負荷を分散させるため、遊星ギアの破損を抑えることができ、長寿命化が可能となる。
【００１４】
請求項２記載の模型用サーボ装置によれば、モータの回転が遊星歯車ユニットに伝達されるまでに平歯車ユニットの組み合わせによって減速させることにより効率的に高トルクが得られるようになる。
【００１５】
請求項３記載の模型用サーボ装置によれば、遊星歯車ユニットの直前に配置される平歯車ユニットが、大小の平歯車の間の軸部によって小平歯車を筐体内における半分以下の高さのところに位置させているため、モータの回転を低い位置で遊星歯車ユニットに伝達することが可能となる。これにより、筐体内に遊星歯車ユニットを配置することができるようになり、従来はモータと出力軸が同軸上に並んだものにしか適用できなかった遊星歯車をモータと出力軸が並列した構成にも適用できるようになる。
【００１６】
請求項４記載の模型用サーボ装置によれば、出力軸と回転軸は遊星歯車ユニットの回転動作による影響を受けないため、出力軸の回転角度を正確にポテンショメータで検出することが可能となる。また、出力軸の下端部にポテンショメータの出力端子面が配設可能であるため、この出力端子面と、モータ端子面と、制御回路基板面とを同一面とすることができる。これにより、組み立て作業性の向上や、配線スペースの削減が可能となり、装置の高さ方向のサイズを更に小さくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して具体的に説明する。
図１は本発明による模型用サーボ装置の実施の形態を示す平面図、図２は図１におけるＡ−Ａ断面図、図３は遊星歯車ユニットを示す平面図である。
【００１８】
この実施の形態のサーボ装置は、ラジコンの飛行機、ヘリコプター、自動車、船舶などの模型（被操縦体）に搭載され、被操縦体の様々な可動部位の動作に用いられるものであり、特に飛行機（模型）における離着陸時に車輪を出し入れするための引込み脚機構などのように高トルクが要求される部位に好適に用いられる。
【００１９】
図１，２に示すように、この実施の形態（サーボ装置１）は、筐体２が、箱型の下部筐体２ａと、下部筐体２ａの上面に取り付けられる蓋状の上部筐体２ｂとからなる。また、上部筐体２ｂには、サーボ装置１を被操縦体の所定位置に取り付けるためのフランジ３が設けられている。さらに、下部筐体２ａの側面には受信機に接続されるリード線３０が導出されている。
【００２０】
下部筐体２ａ内には、モータ４がその駆動軸５を垂直上向きにして設けられている。さらに、駆動軸５の上端部にはピニオンギア５ａが設けられている。図２に示すように、このピニオンギア５ａは、下部筐体２ａの上面から上方に突出している。モータ４（駆動軸５）の回転は、減速機構６によって減速され、下部筐体２ａ内に設けられて上部筐体２ｂの上方に突出した出力軸７に伝達される。なお、図示しないがモータ４の下端面には端子が設けられており、受信機から送信された信号を受信するために後述する制御回路基板と配線を介して接続されている。
【００２１】
図１，２に示すように、減速機構６は、異なる歯数の大小二つの平歯車が同軸上に一体化されてなる平歯車ユニットが三段に組み合わされたものと、後述する遊星歯車ユニットとからなる。三段の平歯車ユニットのうち、一段目の平歯車ユニット８は、軸９に取り付けられ、大平歯車８ａがモータのピニオンギア５ａと噛合して配置されている。また、二段目の平歯車ユニット１０は、軸１１に取り付けられ、大平歯車１０ａが一段目の平歯車ユニット８の小平歯車８ｂと噛合して配置されている。
【００２２】
さらに、三段目の平歯車ユニット１２は、大平歯車１２ａと小平歯車１２ｂの間に垂直な軸部１２ｃが設けられ、小平歯車１２ｂを筐体２の高さの半分以下のところに位置させている。また、この平歯車ユニット１２は、軸１３に取り付けられ、大平歯車１２ａが二段目の平歯車ユニット１０の小平歯車１０ｂと噛合して配置されている。
【００２３】
図２，３に示すように、前述した遊星歯車ユニット１４は、下部筐体２ａ内において出力軸７の同軸上に配置されている。遊星歯車ユニット１４は、大平歯車１５と、セレーションケース１６と、太陽ギアと、遊星ギアとから構成されている。大平歯車１５は、筐体２（下部筐体２ａ）内の半分以下の位置において三段目の平歯車ユニット１２の小平歯車１２ｂと噛合している。さらに、大平歯車１５の上面には有底の略円筒形状のセレーションケース１６が配設されている。セレーションケース１６の内周面１６ａは内歯車状に形成されている。また、大平歯車１５には、大平歯車１５より小径で歯数の少ない太陽ギア１７が同軸上に一体化されている。太陽ギア１７は、セレーションケース１６の底面を貫通してセレーションケース１６内の中央に配置されている。セレーションケース１６内における太陽ギア１７の外周には、三つの遊星ギア１８が１２０°の間隔をあけて配置されている。大平歯車１５が回転すると、三つの遊星ギア１８は、この間隔を維持したままセレーションケース１６の内周面１６ａと噛合しながら太陽ギア１７の周りを自転しながら周回するようになる。
【００２４】
また、遊星歯車ユニット１４（大平歯車１５と太陽ギア１７）の中央部は中空形成されており、後述する回転軸２５が中空部分を軸方向に貫通している。なお、遊星歯車ユニット１４の軸周りにはベアリング１９が設けられている。
【００２５】
図２に示すように、出力軸７の上端には略円盤形状のサーボホーン２０がボルト２１によって取り付けられている。サーボホーン２０には図示しないリンケージロッドが連結され、このリンケージロッドは被操縦体の可動部位に連結される。なお、サーボホーン２０の形状は円盤形状以外にも十字形状や矩形状など様々あり、動作させる可動部位の態様に応じて交換することができる。
【００２６】
さらに、出力軸７の下端面には、遊星歯車ユニット１４の三つの遊星ギア１８が取り付けられる三本の軸２２が垂直下向きに突設されている。各軸２２は、遊星ギア１８と同様に１２０°の間隔をあけて設けられている。これにより、太陽ギア１７の周りを遊星ギア１８が周回することで出力軸７が回転するようになる。なお、出力軸７の外周にはベアリング２４が設けられている。
【００２７】
下部筐体２ａ内における下部には、出力軸７の回転角度を検出するためのポテンショメータ２７が設けられている。ポテンショメータ２７は、その下方にある前述した制御回路基板２８上に設けられている。ポテンショメータ２７には前述した回転軸２５が連結される。また、回転軸２５の下端部は、丸棒の一部が切り欠かれた断面略Ｄ形状となっており、ポテンショメータ２７の上面には回転軸２５の下端部と合致する凹部が設けられている。これに対し、出力軸７の下端面には回転軸２５の上端部に設けられた凸部２６と合致する凹部２３が設けられている。回転軸２５の上端部の凸部２６は出力軸７の凹部２３に隙間なく圧入され、回転軸２５と出力軸７は同軸上に連結される。
【００２８】
この実施の形態では、図示しない送信機から被操縦体に信号が送信されると、被操縦体側の受信機はこの信号を受信し、モータ４に送信する。この信号によって回転駆動されたモータ４は、減速機構６を介して出力軸７を回転させ、可動部位を動作させる。出力軸７の回転角度はポテンショメータ２７によって検出され、ポテンショメータ２７の出力値が所定の値になったところでモータ４の回転駆動が停止される。
【００２９】
また、この実施の形態において、モータ４の回転が出力軸７に伝達されるまでの減速機構６の動作を以下に説明する。
【００３０】
まず、モータ４の駆動軸５が回転すると、ピニオンギア５ａと噛合している一段目の平歯車ユニット８が同時に回転する。一段目の平歯車ユニット８が回転すると、その小平歯車８ｂと噛合している二段目の平歯車ユニット１０が同時に回転する。このとき、モータ４の回転は一段減速される。二段目の平歯車ユニット１０が回転すると、その小平歯車１０ｂと噛合している三段目の平歯車ユニット１２が同時に回転する。このとき、モータ４の回転は更に一段減速される。三段目の平歯車ユニット１２が回転すると、その小平歯車１２ｂと噛合している遊星歯車ユニット１４の大平歯車１５が同時に回転する。このとき、モータ４の回転は二段目の平歯車ユニット１０のときよりも更に一段減速される。
【００３１】
遊星歯車ユニット１４は、大平歯車１５が回転すると、同軸上に一体化されている太陽ギア１７も同じく回転する。この回転に伴い太陽ギア１７の外周に太陽ギア１７とセレーションケース１６の内面に噛合している三つの遊星ギア１８が自転しながら太陽ギア１７の周りを周回する。三つの遊星ギア１８の周回によって各遊星ギア１８に連結されている出力軸７が回転する。このとき、モータ４の回転は遊星歯車ユニット１４によって大幅に減速されるようになる。
【００３２】
以上のように、この実施の形態では、一段目から三段目までの平歯車ユニット８，１０，１２によってモータ４の回転を三段減速させ、減速伝達されたモータ４の回転を遊星歯車ユニット１４によって更に大幅に減速させることができる。
【００３３】
上述した実施の形態によれば、遊星歯車ユニット１４がモータ４の回転を大幅に減速させることにより高トルクが得られるようになる。また、遊星歯車ユニット１４を用いれば、遊星歯車ユニット１４単体でも大幅な減速が可能であるため、減速機構６の平歯車ユニットの数を必要最小限に減らしてもトルクがそれほど落ちることはない。したがって、サーボ装置１の小型化が可能となる。さらに、遊星歯車ユニット１４は、サーボホーン２０に負荷がかかっても三つの遊星ギア１８に負荷を分散させるため、ギア１８の破損を抑えることができ、長寿命化が可能となる。
【００３４】
また、モータ４の回転が遊星歯車ユニット１４に伝達されるまでに三段の平歯車ユニット８，１０，１２によって減速させることにより効率的に高トルクが得られるようになる。
【００３５】
さらに、遊星歯車ユニット１４の直前に配置される三段目の平歯車ユニット１２が、大平歯車１２ａと小平歯車１２ｂの間の軸部１２ｃによって小平歯車１２ｂを下部筐体２ａ内における半分以下の高さのところに位置させているため、モータ４の回転を低い位置で遊星歯車ユニット１４に伝達することが可能となる。これにより、筐体２内に遊星歯車ユニット１４を配置することができるようになり、従来はモータ４と出力軸７が同軸上に並んだものにしか適用できなかった遊星歯車をモータ４と出力軸７が並列した構成にも適用可能となる。
【００３６】
また、出力軸７と回転軸２５は遊星歯車ユニット１４の回転動作による影響を受けないため、出力軸７の回転角度を正確にポテンショメータで検出することが可能となる。さらに、回転軸２５の下端部にポテンショメータの出力端子面が配設可能であるため、この出力端子面と、モータ端子面と、制御回路基板面とを同一面とすることができる。これにより、組み立て作業性の向上や、配線スペースの削減が可能となり、サーボ装置１の高さ方向のサイズを更に小さくすることができる。
【００３７】
なお、上述した実施の形態では、減速機構６において、遊星歯車ユニット１４までに平歯車ユニットを三段に組み合わせた構成としているが、これに限定せず、二段に組み合わせたり、四段に組み合わせたりしてもよい。
【００３８】
また、上述した実施の形態では、減速機構６の最後段に一つの遊星歯車ユニット１４を設けた構成としているが、遊星歯車ユニットを同軸上に複数段に設けた構成としてもよい。この場合、例えば、遊星歯車ユニット１４の直前に配置される平歯車ユニット１２の軸部１２ｃを伸ばすことで小平歯車１２ｂの位置を更に下げ、その軸部１２ｃの伸びた部分に遊星歯車ユニットを追加することにより複数段設けることが可能となる。このような構成によれば、上述した実施の形態よりも減速比が増して更に高いトルクが得られるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明による模型用サーボ装置の実施の形態を示す平面図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ断面図である。
【図３】遊星歯車ユニットを示す平面図である。
【図４】従来のサーボ装置を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４０】
１…サーボ装置
２…筐体
４…モータ
５…駆動軸
６…減速機構
７…出力軸
８，１０，１２…平歯車ユニット
１２ａ…大平歯車
１２ｂ…小平歯車
１２ｃ…軸部
１４…遊星歯車ユニット
１７…太陽ギア
１８…遊星ギア
２５…回転軸
２７…ポテンショメータ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体内に、受信機からの信号によって回転駆動されるモータと、前記モータの回転を減速させて伝達する減速機構と、前記モータの駆動軸と一致しない位置で該駆動軸に対して平行に設けられ、前記減速機構から減速伝達された前記モータの回転を伝達する出力軸と、前記出力軸の回転角度を検出するポテンショメータとを備え、前記ポテンショメータによって検出された前記出力軸の回転角度に基づいてフィードバック制御を行う模型用サーボ装置において、
前記減速機構の最後段には、太陽ギアと、前記太陽ギアを中心にその周りを自転しながら周回する遊星ギアとを備えた遊星歯車ユニットが前記出力軸の同軸上に配置されていることを特徴とする模型用サーボ装置。
【請求項２】
前記減速機構は、大小の平歯車が同軸上に一体化されてなる平歯車ユニットが前記モータの駆動軸に対して直交方向に組み合わされた構成を備えていることを特徴とする請求項１記載の模型用サーボ装置。
【請求項３】
前記減速機構において、前記遊星歯車ユニットの直前に配置される前記平歯車ユニットは、その前記大小の平歯車の間に軸部が設けられて前記小平歯車を前記筐体の高さの半分以下のところに位置させており、
前記遊星歯車ユニットは、前記太陽ギアが前記直前の平歯車ユニットの前記大小の平歯車の間に位置するように配置されていることを特徴とする請求項１又は２記載の模型用サーボ装置。
【請求項４】
前記遊星歯車ユニットの中央部が中空形成されており、前記ポテンショメータに連結される回転軸が前記遊星歯車ユニットの前記中空部分を貫通して前記出力軸と同軸上に連結されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１つに記載の模型用サーボ装置。
【請求項１】
筐体内に、受信機からの信号によって回転駆動されるモータと、前記モータの回転を減速させて伝達する減速機構と、前記モータの駆動軸と一致しない位置で該駆動軸に対して平行に設けられ、前記減速機構から減速伝達された前記モータの回転を伝達する出力軸と、前記出力軸の回転角度を検出するポテンショメータとを備え、前記ポテンショメータによって検出された前記出力軸の回転角度に基づいてフィードバック制御を行う模型用サーボ装置において、
前記減速機構の最後段には、太陽ギアと、前記太陽ギアを中心にその周りを自転しながら周回する遊星ギアとを備えた遊星歯車ユニットが前記出力軸の同軸上に配置されていることを特徴とする模型用サーボ装置。
【請求項２】
前記減速機構は、大小の平歯車が同軸上に一体化されてなる平歯車ユニットが前記モータの駆動軸に対して直交方向に組み合わされた構成を備えていることを特徴とする請求項１記載の模型用サーボ装置。
【請求項３】
前記減速機構において、前記遊星歯車ユニットの直前に配置される前記平歯車ユニットは、その前記大小の平歯車の間に軸部が設けられて前記小平歯車を前記筐体の高さの半分以下のところに位置させており、
前記遊星歯車ユニットは、前記太陽ギアが前記直前の平歯車ユニットの前記大小の平歯車の間に位置するように配置されていることを特徴とする請求項１又は２記載の模型用サーボ装置。
【請求項４】
前記遊星歯車ユニットの中央部が中空形成されており、前記ポテンショメータに連結される回転軸が前記遊星歯車ユニットの前記中空部分を貫通して前記出力軸と同軸上に連結されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１つに記載の模型用サーボ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００９−２６８７９６（Ｐ２００９−２６８７９６Ａ）
【公開日】平成２１年１１月１９日（２００９．１１．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１２３５２６（Ｐ２００８−１２３５２６）
【出願日】平成２０年５月９日（２００８．５．９）
【出願人】（０００２０１８１４）双葉電子工業株式会社 (201)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１１月１９日（２００９．１１．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年５月９日（２００８．５．９）
【出願人】（０００２０１８１４）双葉電子工業株式会社 (201)
【Ｆターム（参考）】
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